Hybrid Frequency and Phase-Shift Keying Modulation for Energy Efficient Optical Wireless Systems

International audienceIn this letter, we introduce direct-current (DC) offset hybrid frequency and phase-shift keying (DC-FPSK) modulation for Internet-of-Things based on optical wireless systems. For DC-FPSK, non-negative phase-modulated frequency waveforms are generated by combining frequency-shift keying (FSK), phase-shift keying (PSK) and a DC offset. We propose optimal maximum likelihood and sub-optimal receivers for DC-FPSK. The performance is appraised in terms of Euclidean distance, bit-error-rate (BER) performance and energy efficiency. We determine that combining 4-PSK with conventional DC-FSK is the optimal approach to enhance the energy and spectral efficiencies

Transmission multi-standards sur lien optique bas-coût

Dans ce travail, nous avons étudié un système complet d'antennes distribuées par voie optique pour déport de signaux radio suivant le principe de la radio sur fibre. La caractérisation du lien optique servant de base au système radio sur fibre, d'un point de vue composant et système via la transmission de standards radio a d'abord été effectuée. Nous avons montré par une nouvelle technique de caractérisation que l'élément non linéaire de notre chaîne de transmission pouvait se comporter de manière plus linéaire qu'attendue et faiblement impacter les standards radio transmis. Les standards choisis sont à enveloppe constante (GSM) et à enveloppe non constante (WLAN) pour mieux mettre en évidence les non-linéarités de la chaîne de transmission. Il est ainsi montré que les signaux à enveloppe non constante sont les signaux limitants et qu'en leur adjoignant un signal à enveloppe constante à faible puissance, la qualité de leur transmission n'est pas impactée. A partir de ces résultats expérimentaux, un algorithme de calcul de couvertures radio a été développé et appliqué à plusieurs scénarios de couverture intra-bâtiment. Notre étude montre que dans tous les cas, c'est la liaison montante, de l'utilisateur à la station centrale, qui est limitante puisque bien plus impactée par le bruit ajouté par la chaîne de transmission optique. Par suite, nous avons proposé une architecture de déploiement réseau originale de type bus pour laquelle nous montrons que malgré un coût de déploiement faible, il est possible d'atteindre des performances suffisantes pour assurer des couvertures au sein d'un réseau domestique. Enfin, ces résultats de simulation sur architecture bus sont confirmés par la réalisation d'un banc de test de type industriel permettant de confirmer par la mesure les résultats obtenus précédemment. Nous réalisons aussi un circuit radio passif permettant la séparation et recombination de plusieurs signaux (GSM et WLAN étudiés précédemment) de sorte que tous les éléments prouvant la réalisation et les mesures sur le système complet d'antennes distribuées sont à disposition et fonctionnels.In this manuscript, we study a complete distributed antenna system through optical ways, to extend radio signals coverage, thanks to the radio over fiber principle. The optical link characterization is done first as the system basic building block. The characterization is done both through component and system analysis, thanks to different radio standards transmission. We develop a new characterization technique that allows us to confirm that the most non-linear element of the optical link behaves much more linearly than expected so that it has a low effect on transmission quality. Chosen standards are both constant and non-constant envelop to highlight the link non-linearities. This shows that non-constant envelop signals are the limiting signals for our system. This also allows to demonstrate that adding a low power constant envelop signal to a non-constant envelop one does not impact its transmission performance. From these experimental results, we develop an in-building coverage distance calculation algorithm for our system. Those simulations confirm that the uplink, from the user to the central station, is the most limiting section of our system because of the noise quantity added by the optical link. To follow this, we propose a new low-cost bus network in-building topology for our system that proves to be performing as wanted for personal homes. Finally, these bus topology simulation results are confirmed with the production of an industrial type test bench. We also produce a passive radio front-end that permits the separation and recombination of several radio signals (GSM and WLAN as previously studied) so that all the elements proving the production and the results of the complete distributed antenna system through optical ways are available and functional.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

All-Optical Subcarrier Frequency Conversion Using an Electrooptic Phase Modulator

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All-optical frequency up-conversion for WLAN over fiber applications

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New optical microwave up-conversion solution in radio-over-fiber network for 60 GHz wireless applications

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All optical microwave mixing with digital transmission

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Photonic devices for future optical-UWB technology

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Etude du mélange optoélectronique par photodiode en vue d'applications radio sur fibre à 60 GHz

L'objectif de cette thèse est de réaliser un système radio-sur-fibre bidirectionnel fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques autour de 60 GHz. La solution proposée est basée sur l'utilisation d'une photodiode PIN en tant que mélangeur optoélectronique. Une étude théorique associée à une caractérisation non-linéaire et large bande de la photodiode a permis de modéliser le comportement mélangeur de la photodiode. Le modèle de photodiode obtenu a ensuite été utilisé pour optimiser les performances du mélangeur optoélectronique puis du système radio-sur-fibre complet. Des mesures expérimentales ont permis de vérifier la compatibilité du système proposé avec les spécifications du standard ECMA 387 proposé pour régir la création de réseaux locaux aux fréquences de 60 GHz, pour au moins les deux premiers débits proposés (394 Mb/s et 794 Mb/s).The aim of this thesis is to develop a bidirectional millimeter-wave radio-over-fiber system. The proposed system is based on the use of a p-i-n photodiode as an optoelectronic mixer. A theoretical study coupled with a non-linear and wideband photodiode characterization allows modeling of the photodiode mixing process. Then, the developed photodiode model was used to optimize the optoelectronic mixer efficiency and finally, to optimize the complete radio-over-fiber system efficiency. Experimental measurement has been made to check the compliance of the developed system with the specifications of the ECMA 387 standard that is proposed for the use of the 60 GHz frequency band. Measurement complies with the standard for at least the first data rates (394 Mb/s and 794 Mb/s).SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Decision-directed iterative methods for PAPR reduction in optical wireless OFDM systems

International audienceIn this paper, we propose two iterative decision-directed methods for peak-to-average power ratio (PAPR) reduction in optical-orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM) systems. The proposed methods are applicable to state-of-the-art intensity modulation-direct detection (IM-DD) O-OFDM techniques for optical wireless communication (OWC) systems, including both direct-current (DC) biased O-OFDM (DCO-OFDM), and asymmetrically clipped O-OFDM (ACO-OFDM). Conventional O-OFDM suffers from high power consumption due to high PAPR. The high PAPR of the O-OFDM signal can be counteracted by clipping the signal to a predefined threshold. However, because of clipping an inevitable distortion occurs due to the loss of useful information, thus, clipping mitigation methods are required. The proposed iterative decision-directed methods operate at the receiver, and recover the lost information by mitigating the clipping distortion. Simulation results acknowledge that the high PAPR of O-OFDM can be significantly reduced using clipping, and the proposed methods can successfully circumvent the clipping distortions. Furthermore, the proposed PAPR reduction methods exhibit a much lower computational complexity compared to standard PAPR reduction methods

60 GHz UWB over fiber system using photodiode based frequency up-conversion

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